[发明专利]一种地下裂缝地震散射响应特征模拟方法

说明书

本发明涉及一种地下裂缝地震散射响应特征正演模拟方法，其特征在于，该方法通过求解lippmann‑schwinger方程的理论解，得到背景波场与散射波场的解析式，在此基础上构建格林函数积分算子。利用薄板近似和小角度近似条件的推导三维地震波向前传播的总波场和背向散射场相屏传播算子。采用变网格对地下裂缝介质模型的剖分采用不同的网格间距，在含有小尺度裂缝和孔洞的非均匀区域采用精细网格进行剖分建立可变网格格林函数积分正演算法。本发明可模拟地下裂缝引起的地震散射波场特征，指导地震识别孔、洞和裂缝等油气储集空间。

技术领域

本发明涉及一种地下裂缝地震散射响应特征正演模拟方法，属于勘探物理地球学领域。

背景技术

随着地球物理勘探的不断发展，对于地震波正演模拟的要求也越来越高。小尺度非均匀孔隙介质的正演模拟对于新时期油气藏的开采有着非常重要的意义。地震波波动方程正演模拟的方法主要分为积分法与微分法，微分法是使用差分方法求取导数获得波动方程的差分形式解，推导的过程中采用了高阶近似。尽管可以保证波场传播的所有信息，但是对于裂缝这种小尺度的非均质体，存在稳定性和频散等问题影响计算的稳定和精度。

格林函数积分正演模拟方法可以有效的模拟和刻画地震波在这种小尺度非均匀介质中的波长特征，受到广泛关注。Aki提出尾波是介质非均匀性引起的背向散射波，Martin和Flatte建立了适用于地震波在任何介质中传播的相屏法，Wu,R.S利用不同方法得到了格林函数的散射波场和弹性波的背景散射场，积分方程正演模拟理论逐渐成熟。秦雪霏等和蕾蕾在面向地震勘探应用的散射波场正演模拟研究做了深入的研究。但如何在保证精度的前提下，提高Green函数积分法的效率有待深入研究。

Moczo首次提出可变网格的思路，对于局部变化较大的区域，改变相应的空间和时间步长，以便在满足精度的前提下提高效率。Tessmer在波动方程有限差分正演模拟中引入了变网格步长的思想，使得刻画的地下介质的地震记录更加精确。为了达到模拟孔洞缝介质的精度要求，孙林洁提出多级变网格思想，从而使得变网格步长从十倍提高致百倍以上。然而，目前可变网格主要应用于微分模拟方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于格林函数积分的地下裂缝地震散射响应特征正演模拟方法，可以较好地解决模拟效率和稳定性的问题，且对于提高模拟结果信噪比和精度有较高的优势。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种地下裂缝地震散射响应特征正演模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：确定地面激发点的位置，并加载震源子波；

步骤2：将震源信号变换到频率-波数域，并将其作为入射波场u₀(x,y,z；ω)，以地下裂缝介质的背景速度作为传播速度，利用散射波传播方程(1)和(2)计算前向散射场U^f(z₁)和背向散射场U^b(z₁)：

式中，x、y和z为笛卡尔坐标系的坐标轴；i为虚数单位；ω为角频率；u₀为背景波场；k₀为背景波数；k_x、k_y和k_z为x、y和z方向的波数，且△z为沿垂直方向将地下裂缝介质模型划分为等厚的薄板厚度；△s为薄板间的水平慢度扰动量；F_x,y和分别为傅里叶正变换和反变换算子；